一种改善生物酶水解法制备表胶淀粉施胶性能的方法及应用与流程

本发明属于制浆造纸，尤其是一种改善生物酶水解法制备表胶淀粉施胶性能的方法及应用。

背景技术：

1、保护森林资源的意识日益凸显，我国制浆造纸工业所需的优质造纸纤维原料显得贫乏。为解决这一问题，除了大力发展快速生长人工造纸用林外，合理利用草类纤维和回收废纸是当前尤为有效的途径。我国造纸原料中90％以上为草浆或二次、多次纤维，如此导致抄造成纸后纸张的表面强度不高，在印刷中出现掉毛、掉粉等问题，影响纸张的机械性能和印刷质量。根据我国现有基本国情判断，在很长一段时间内，草类纤维和回收废纸仍然是中国造纸工业中不可或缺的部分，纸张机械性能和印刷质量的要求也一并成为业界不可忽视的问题。

2、然而因回收废纸原料抄造成纸力学强度低，目前国内瓦楞箱板纸制造企业为弥补废纸浆力学性能的不足采用的方法，目前主要有添加无机填料、浆内添加高分子、表面施胶、表面溶解、纳米纤维涂层等方法，其中表面施胶作为一种较为便捷的方法在实际生产中更为常见。淀粉作为一种来源广泛、价格相对友好的产品在表面施胶中有着不可或缺的身影，提高淀粉类表面施胶液浓度可增加施胶量，显著提高纸张表面强度，改善其印刷质量低下的问题，但在提高施胶液浓度的同时也伴随着施胶液黏度的上升，会在纸机操作过程中引发一系列问题，尤其表现在施胶液的流变特性变差，施胶机内易起泡，纸张表面施胶不均匀等问题。那么找到一种可以同时兼顾施胶量升高且施胶液黏度不随之提升的产品已成为新的趋势。酶解淀粉作为一种改性方法表现为用α–淀粉酶切断原淀粉的α–1，4糖苷键而得到高固含量、低黏度的淀粉施胶液，但资料表明，存在酶活性的酶解淀粉施胶液更容易滋生细菌，且存在储存稳定性差等问题，在一定程度上限制了酶解淀粉在表面施胶上的应用。

3、专利公开号为cn111303307a的专利公开文献公开了一种改性施胶淀粉、表面施胶液及其制备方法和应用，该方法在ph为3-6的条件下，将预水解液、淀粉混合，制得物料a；将物料a、催化剂和过氧化氢水溶液混合，保温，制得物料b；将物料b与还原剂混合，制得改性施胶淀粉，该方法中改性施胶淀粉的原料使用预水解液代替部分淀粉，节省成本，表面施胶液施胶于纸张可有效提高纸张的抗水性能，降低纸张的cobb值，但该方法在工艺上所需的原料配比较多，过程中需要较多催化剂，流程复杂，不利于实际生产。专利公开号为cn115210426a的专利公开文献公开了纤维素衍生物的用途以及用于表面施胶的方法，该方法将纤维素衍生物的一种或多种进行组合应用于纸张表面施胶，通过使用纤维素醚获得的抗压强度特性和耐湿性提供了可能的终端使用、应用的广阔领域并且减少了在高湿水平和高温的地理区域中纸、纸板等与潮湿相关的损害。此外，抗压强度特性的提高可以使更轻的结构成为可能，从而使纤维幅材如纸板成为更可持续的包装选择，但该方法使用的纤维素衍生物来源不够淀粉广泛，且在价格上不适合企业大规模生产。专利公开号为cn 111101399a的专利公开文献公开了一种玉米原淀粉表面施胶液及制备方法，该方法将玉米原淀粉和支链淀粉混合配置成淀粉浆液；往所述淀粉浆液中加入蛋白抑制剂和淀粉酶；对加料后的淀粉浆液进行升温保温过程后制得所述玉米原淀粉表面施胶液，提高了玉米淀粉施胶液的稳定性和抗老化特性，使胶液具有更低的黏度、更高的粘结强度，但该方法在玉米淀粉与支链淀粉混合的比例控制，蛋白抑制剂的加入使得流程复杂，且蛋白抑制剂的加入使得施胶液具有一定的安全隐患。

4、由此可以看出，现有的材料和方法不足以满足工厂的生产需求，因此在碳排放政策的约束下，有必要开发一种安全性高、环境友好、成本低廉的方法来优化生物酶水解法制备表胶淀粉施胶的性能，且需保证处理过程清洁易操作，既要保证环保安全，也要兼顾表胶淀粉性能的提升。

5、有鉴于此，本发明提出一种改善生物酶水解法制备表胶淀粉施胶性能的方法，以湿热处理淀粉为原料，采用生物酶水解法制备表面施胶淀粉，因湿热处理是指淀粉含水量小于35％，且温度设定在淀粉糊化温度以上的一种热处理过程，故湿热处理是一种物理的、环保的热处理过程，另外湿热处理的淀粉性质极大的取决于两个主要因素，处理条件(即水分含量、温度、持续时间)和淀粉种类(即淀粉理化性质)，此外湿热处理过程还可以调节原淀粉颗粒内部直链淀粉与支链淀粉的比例，淀粉颗粒与淀粉酶的作用会得以进一步加强，因而有利于改善淀粉的酶解行为，从而在降低淀粉浆液黏度的同时，赋予表面施胶淀粉浆液对纸板具有优异的力学增强性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中现有生物酶水解法制备表面施胶淀粉的技术上已存在的表胶淀粉对纸板增强性能低的不足之处，提供一种改善生物酶水解法制备表胶淀粉施胶性能的方法及应用。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种改善生物酶水解法制备表胶淀粉施胶性能的方法，所述方法包括如下步骤：

4、步骤1：湿热处理淀粉：称取干度为92.47％的原淀粉，依次调整淀粉的含水量为15～30％、处理温度为100～120℃、处理时间为6～16h，将处理后的样品编号为cxtxhx，其中c代表水分含量、t代表处理温度、h代表处理时间，下标x为相应处理条件；待湿热处理结束后，将湿热处理淀粉样品置于30～50℃鼓风烘箱中干燥10～24h，研磨过筛后得到湿热处理淀粉，留存备用；

5、步骤2：取步骤1所得的湿热处理淀粉加蒸馏水配制为质量浓度为10～25％的淀粉浆液，置于37～40℃恒温水浴锅中搅拌5min，搅拌转速为300rpm，移取α–淀粉酶加入淀粉浆液中，淀粉酶用量为2.0～18.5u/g，酶活45600u/ml，并在37～40℃恒温水浴锅中保持搅拌5～10min，转速为300rpm，结束后边搅拌边升温至85～90℃，升温速率为1℃/min，保温20～40min，置于120℃油浴锅中灭酶活5min，得到表面施胶淀粉，并置于80～85℃的水浴锅中恒温保存待用；

6、步骤3：加入同恒温保存温度相同的蒸馏水配制成质量分数为10％～25％的表面施胶液，将其应用在涂布机上对瓦楞原纸进行表面施胶，表面施胶量为1～4g/m2施涂后的纸张立即置于105℃鼓风烘箱中干燥2～5min，并对纸张压光处理。

7、进一步地，所述步骤1中原淀粉为马铃薯原淀粉、木薯原淀粉、玉米原淀粉中的一种或任意组合。

8、进一步地，所述步骤1中将湿热处理淀粉样品置于30℃鼓风烘箱中干燥12h。

9、进一步地，所述步骤2中取步骤1所得的湿热处理淀粉加蒸馏水配制为质量浓度为25％的淀粉浆液，淀粉酶用量为6.8u/g，酶活45600u/ml，并在38℃恒温水浴锅中保持搅拌5～10min，转速为300rpm，结束后边搅拌边升温至85℃，升温速率为1℃/min，保温30min。

10、进一步地，所述步骤1湿热处理淀粉的条件为：调整处理淀粉的水分含量为25％、温度为100℃、时间为16h。

11、进一步地，所述步骤3中加入同恒温保存温度相同的蒸馏水配制成质量分数为10％的表面施胶液；

12、或者，所述步骤3中表面施胶量为3g/m2，纸张置于鼓风烘箱中干燥时间为1min。

13、进一步地，所述步骤3中瓦楞原纸定量为160±2g/m2，纸张压光处理的条件为：上辊为胶辊，线压力25n/mm，爬行速度5m/min，钢棍温度60℃。

14、进一步地，所述步骤1具体为：各称取干度为92.47％的原淀粉，编号cxtxhx，其中c代表水分含量、t代表处理温度、h代表处理时间，下标为相应处理条件，①cxt100h16组：固定湿热处理温度为100℃、处理时间为16h，调整淀粉水分含量为15％、20％、25％、30％；②c30txh16组：固定湿热处理淀粉水分含量为30％、处理时间16h，设计处理温度为100℃、110℃、120℃；③c30t100hx组：固定湿热处理淀粉水分含量为30％、处理温度100℃，设计处理时间为6h、10h、16h；待湿热处理结束后，将湿热处理淀粉样品置于30～50℃鼓风烘箱中干燥10～24h，留存。

15、如上所述的方法在提高生物酶水解法制备表胶淀粉施胶性能方面中的应用。

16、本发明取得的优点和积极效果为：

17、1、本发明方法基于环保简便的湿热处理方式对原淀粉进行物理改性，操作过程对水分含量要求低，有利于大幅降低干燥湿热处理淀粉的能耗，提高生产效率，并能够使生物酶水解法制备的表胶淀粉施胶性能得以提升。本发明方法为一种进一步增强生物酶水解法制备表胶淀粉施胶性能的方法，该方法在淀粉的预处理过程未添加任何化学制品，在保障安全的同时兼顾着绿色、低碳的环保理念，并且所制备的表胶淀粉施胶性能优异，可以用于工业化生产。

18、2、本发明方法基于简便易操作的湿热处理对原淀粉进行物理改性，通过α–淀粉酶的协同作用，在连续蒸煮工艺下获得表面施胶淀粉，其制备方法可操作性强，制备过程不添加存在对环境有害的成分，绿色环保，符合国家低碳减排战略部署，此外其制备过程工艺简单，反应条件温和可控，适于大规模制造，在造纸工艺领域拥有着广阔的应用前景。

19、3、本发明方法采用湿热处理的淀粉，与原淀粉相比，湿热处理淀粉的直链淀粉含量升高，溶解度升高、膨胀降低，这将有利于提高蒸煮淀粉的初始浓度，同时又可降低表胶淀粉的黏度。

20、4、本发明方法采用的湿热处理淀粉与原淀粉相比，其高峰黏度、低谷粘度、最终黏度均显著降低，有效抑制淀粉的回生现象，提升淀粉浆液的稳定性，保障表面施胶淀粉在使用过程中的性能稳定性。

21、5、本发明方法采用的湿热处理淀粉与原淀粉相比，直链淀粉与支链淀粉的比例可以得到调节，从而有利于改善表面施胶淀粉的增强效能，结果使瓦楞纸板的耐折度、耐破指数和环压指数均得到显著的提升。

22、6、本发明方法采用的湿热处理淀粉与原淀粉相比，淀粉颗粒与淀粉酶的作用会得到进一步加强，利于改善淀粉的酶解行为，进而直接影响酶解法制备表胶淀粉的流变行为和增强性能。